Description régionale de la balance de vorticité barotrope

Pour mieux saisir quelles sont les contributions majeures à la dynamique du CCA parmi les termes de l'équation 5.1, nous présentons maintenant un budget cumulatif des termes intégrés sur la surface d'écoulement du CCA. La table 5.1 montre que le terme BETA résulte pour 2/3 du terme WIND et pour 1/3 du terme BPT dans le domaine. Les termes ADV et DIFF s'annulent entre eux. Sur la gure 5.3a, l'accumulation de chacun des termes le long des longitudes est

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 −1.5 −1 −0.5 0 0.5 1 1.5 x 10^{−4 ACC} (a) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2^{x 10}

−4 route nord KAP

−BETA BPT ADV WIND DIFF (b) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2^{x 10} −4 route centrale FT (c) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2^{x 10}

−4 route sud PET

(d)

Figure 5.3: Accumulation longitudinale des diérents termes de l'équation de conservation de la vorticité barotrope pour (a) le CCA entier, puis pour les routes (b) nord, (c) centrale, et (d) sud séparément : -BETA (bleu), BPT (vert), ADV (rouge), WIND (cyan) et DIFF (magenta) de somme nulle. Voir les gures 5.1 et 5.2 pour les limites géographiques des 3 routes. Unité : N.m−1.

BETA -1.63 -0.47 -0.19 -0.97

WIND -1.07 0.09 -0.44 -0.72

BPT -0.55 -0.47 0.23 -0.32

ADV 0.20 -0.06 0.03 0.23

DIFF -0.19 -0.04 0 -0.16

Table 5.1: Budget des diérents termes de l'équation 5.1 pour le CCA, puis pour chaque route séparément. Unité : 10−4N m−1.

présentée. Au passage de la Dorsale Sud-Ouest Indienne à 25°E, les termes BETA et BPT varient rapidement, indiquant un déplacement global du CCA vers le sud induit par une interaction topographique. Quoique secondaire, le terme ADV présente une contribution non-négligeable qui atténue l'eet topographique BPT. Le terme WIND est négatif sur le domaine, augmentant en valeur absolue assez régulièrement. Ainsi, bien que ce terme présente une contribution faible localement, il devient majoritaire dans la balance de vorticité barotrope à l'échelle de l'Océan Indien Sud, poussant le CCA progressivement vers le sud. Lors de la traversée du plateau de Kerguelen, d'importantes perturbations sont observées sur les termes BPT et ADV. Pourtant la variation nette du terme BETA engendrée par ces deux termes reste faible en comparaison. Ainsi, l'eet net topographique du plateau de Kerguelen reste assez limité, ce qui peut sembler paradoxal étant donné la taille de l'obstacle.

Nous allons maintenant étudier l'évolution des termes cumulés en longitude séparément pour 3 routes du CCA : la route nord (100 Sv) passant par le passage Kerguelen-Amsterdam, la route centrale (35 Sv) passant par le Fawn Trough et la route sud (20 Sv) passant par le Princess Elizabeth Trough. Les limites entre les diérentes routes correspondent à des isolignes de transport barotrope indiquées sur les gures 5.1 et 5.2. Les masses d'eau passant sur le plateau nord de Kerguelen ont été distribuées équitablement entre la route nord et la route centrale pour simplier la description. La limite choisie suit de près le zéro du rotationnel de vent, que l'on peut associer au Front Polaire du modèle. Une comparaison rapide des trois diagrammes 5.3(b-d) montre des situations très contrastées.

 La route nord se trouve principalement au nord du maximum de vent, dans une région au rotationnel de vent faiblement positif (terme WIND de la Fig. 5.3b). Tous les termes restent petits jusqu'à l'entrée dans le Bassin Australo-Antarctique. A ce moment, une contribution importante du terme BPT, liée à l'approfondissement de la topographie après le seuil du passage Kerguelen-Amsterdam, ramène le coeur de la branche vers le sud.

 La route centrale présente comme pour la route nord de faibles variations des diérents termes cumulés de l'équation 5.1. Sur l'ensemble du domaine, le principale contribution vient du terme WIND. Cette contribution est en partie compensée par le terme BPT qui

augmente au niveau du Fawn Trough, de sorte que la déplacement net de cette branche dans le domaine est nalement assez limité.

 Bien qu'en terme de transport ce soit la route la moins empruntée (seulement 15 % du transport du CCA), la route sud est certainement la plus importante en terme d'impact sur le bilan de vorticité barotrope. Comme elle se situe très au sud près de la divergence antarctique, elle est associée à une injection très forte de vorticité négative liée au vent (capte 67 % de la vorticité totale injectée dans le CCA par le terme WIND sur l'ensemble du domaine). De plus, elle concentre la majorité de la variation du terme BETA, négative à la traversée de la Dorsale Sud-Ouest Indienne, et positive en dépassant le Princess Elizabeth Trough et le courant de bord ouest profond. Finalement, 60 % de la variation totale du terme BETA se réalise le long de cette route, signiant qu'une majorité du transport barotrope du CCA vers le sud concerne en fait uniquement la route sud. Ce transport vers le sud de la route sud va de pair avec un élargissement exceptionnel de l'extension méridienne du CCA au passage du plateau de Kerguelen.

Rappel des principaux résultats

L'analyse de la conservation de la vorticité barotrope dans le domaine a permis d'établir plusieurs résultats importants :

 Nous avons pu conrmé que la balance principale de la circulation dans le domaine cor-respond à la balance de Sverdrup topographique. Cette balance relie les variations mé-ridiennes des branches au contrôle topographique dans certaines régions où le courant intersecte la topographie, tandis que l'action du vent crée un transport méridien progres-sif et monotone, qui tend à augmenter l'extension méridienne du CCA. D'autres termes de l'équation barotrope peuvent être localement importants, comme le terme non-linéaire (ADV), mais leur contribution s'annule en général rapidement le long de l'écoulement (échelle <5° de longitude).

 L'eet net topographique du plateau de Kerguelen sur le bilan de vorticité barotrope du CCA est relativement faible. Bien qu'étant un obstacle de dimension considérable, le plateau est  facilement  traversé par les masses d'eau. La présence du Fawn Trough ouvre une route globalement zonale pour les masses d'eau dans une région de faible rotationnel du vent. Si ce passage était fermé, il est probable qu'un transport beaucoup plus important serait observé sur la route sud. Le principal eet direct du plateau sur la position méridienne du CCA est concentré sur la branche nord, à l'entrée du Bassin Australo-Antarctique, où l'approfondissement du bassin crée un transport vers le sud pour passer au sud de la Dorsale Sud-Est Indienne.

 Par contre, l'eet du plateau de Kerguelen sur la géométrie locale du CCA est majeur. Un élargissement méridien exceptionnel du plateau est observé, qui a pour conséquence

à une partie du CCA de passer à une latitude aussi sud que 65°S, le plateau induit une absorption très élevée de vorticité liée au rotationnel du vent, qui en retour tend à accélérer fortement le CCA. En fait, l'analyse de FRAM présentée par Wells and DeCuevas [1995] désignait bien le plateau de Kerguelen comme une des deux zones où un maximum de vorticité négative est aborbée par le CCA, l'autre zone étant le Bassin de Bellingshausen. Sans le plateau, les gyres sub-polaires ne formerait qu'un seul et même gyre, et le CCA ne pourrait traverser la zone du maximum de rotationnel négatif du vent. En ce sens, le plateau de Kerguelen agit comme un accélérateur du CCA. D'autre part, le vent injecte de la vorticité positive dans la partie nord du CCA à l'ouest du passage Kerguelen-Amsterdam. Ainsi, dans cette région, le vent tend à pousser les masses d'eau vers le nord où se trouve le gyre subtropical indien. Ce transport vers le nord est à relier avec l'injection de l'Eau Intemédiaire Antarctique sous la thermocline de l'Océan Indien, un processus clé de la circulation thermohaline globale. Cette géographie favorise ainsi le contact et donc le mélange des masses d'eau du CCA avec les masses d'eau sub-tropicales au nord, et sub-polaires au sud.